江西省水资源特征变化分析

刘聚涛

江西省水利科学研究院

水利部鄱阳湖水资源水生态环境研究中心

李荣昉

江西省水利科学研究院

水利部鄱阳湖水资源水生态环境研究中心

1 引言

江西省位于长江中下游南岸，东邻浙江、福建，南连广东，西毗湖南，北接湖北、安徽，地跨东经113°34′～118°29′，北纬24°29′～30°05′，国土面积16.69万km²。属典型的亚热带湿润季风气候，多年平均降水量约1600mm，多年平均水资源总量1565亿m³，居全国第七位，人均水资源量3093.20亿m³。鄱阳湖流域面积16.22万km²，约占长江流域面积的9%，占江西省水系总面积的94%。鄱阳湖水资源丰富，经湖口站出湖入江的多年平均水量1460亿m³，占长江年径流量的15.5%，每年流入长江的水量超过黄河、淮河、海河三河水量的总和（1431亿m³），是长江水量的调节器^［1］。江西五河年平均入湖水量约1265亿m³，占入江水量的86.8%^［2］。江西总体水质良好，主要河流及鄱阳湖监测断面水质达标率为87%，鄱阳湖是我国五大淡水湖中唯一没有富营养化的湖泊。

水资源是人类生产、生活的基础性自然资源，是战略性经济资源和区域综合实力的重要组成部分，也是生态环境的控制性因素之一^［3］。水资源特征直接影响着流域水资源的开发利用，也影响着流域社会经济的可持续发展和生态环境的良性循环。本研究通过对江西省水资源状况分析，采用一次线性回归和Spearman秩相关系数法对水资源变化趋势及其显著性进行检验，有利于认清江西省水资源变化趋势，对江西省水资源保护和促进流域资源社会经济可持续发展具有重要的指导意义。

2 数据来源与方法

2.1 数据来源

根据1999—2009年江西省水资源公报，本文分别统计江西省降雨量、水资源量、污水排放量、水质和湖泊富营养化指数，结合2000—2010年江西省统计年鉴，统计农用化肥使用量和农药使用量。

本文发表于2013年。

2.2 方法

（1）变化趋势与倾向率^［4-5］。通过采用变化趋势与倾向率的方法对水资源状况进行趋势和变化率进行分析。趋势变化用一次线性回归方程表示：

y=a₀+a₁t

式中：t为年份；a₁为线性倾向率。

（2）Spearman秩相关系数^［6-7］。秩相关系数是描述两要素之间相关程度的一种统计指标，通过计算并与临界值比较，检验统计量变化趋势的显著性，采用SPSS进行统计分析。将秩相关系数r_s的绝对值同Spearman秩相关系数的临界值c进行比较。如果r_s是负值，则表明统计量指标变化呈下降趋势；如果r_s为正值，则表明统计量指标变化呈上升趋势。当|r_s|>c则表明变化趋势有显著意义，当|r_s|≤c则表明变化趋势没有显著意义。

3 结果与分析

3.1 降雨量和水资源量

江西省降水丰沛，水量充足，但近年来降雨量和水资源量呈波动减少趋势，见图1和图2。1999—2009年，年均降水量为1554.3mm，较历史年均降水量（1638.4mm）少84.1mm，约占历史年均降水的5%。其中，1999年降水量为1841.2mm，2002年最高，为2017.7mm，至2009年，降水量降低到1392mm，平均年减少量为34.8mm/a。

1999—2009年，年均水资源量为1413.4亿m³，较历史年均水资源量（1565亿m³）减少151.6亿m³，约占历史年均水资源量的10%。其中，1999年水资源量为1865.9亿m³，2002年最多，为1983.3亿m³，至2009年，水资源量为1166.9亿m³，平均年减少量为51.6亿m³／a。

分析降雨量和水资源量与时间的相关关系。首先计算时间序列与降水量和水资源量序列的秩次，采用Spearman秩次相关系数法分别计算秩次相关系数r_s。并通过查临界值表查得α=0.05和α=0.01临界值c，若|r|>c_0.01，则认为其在0.01水平上变化趋势明显，若|r|>c_0.05，则认为其在0.05水平上变化趋势明显。当N=11时，α=0.01的临界值c_0.01为0.775，α=0.05的临界值c_0.05为0.618。根据SPSS计算结果（见表1），降雨量和水资源量的r_s分别为-0.5091和-0.5727，呈逐渐减少趋势，但减少趋势不显著。

3.2 径流量

随着降雨量的减少，江西五河年径流量和鄱阳湖入江径流量^［8-9］呈现相同的变化趋势。如图3所示，1999—2009年，平均年均入湖径流量为1167.33亿m³，历史年均入湖水量为1224.53亿m³，平均减少57.2亿m³。近10年中，江西五河进入鄱阳湖径流量呈逐渐减少趋势，平均减少量为-47.9亿m³/a，其中2002年五河入湖径流量最大，为1200.26亿m³，2008年最小，为647.70亿m³，极值比为1.78。如图4所示，1999—2009年，平均年均入湖径流量为1442亿m³，历史年均入湖水量为1501.29亿m³，平均减少59.29亿m³。近10年中，鄱阳湖入江水量呈逐渐减少趋势，平均变化率为-64.72亿m³/a，其中，1999年五河入湖径流量最大，为1958.58亿m³，2004年最小，为946.38亿m³，极值比为2.07。

分析五河径流量和鄱阳湖入江径流量与时间的相关关系，首先计算时间序列与五河径流量和鄱阳湖入江径流量序列的秩次，采用Spearman秩次相关系数法分别计算秩次相关系数r_s。并通过查临界值表查得α=0.05和α=0.01临界值c，若|r|>c_0.01，则认为其在0.01水平上变化趋势明显，若|r|>c_0.05，则认为其在0.05水平上变化趋势明显。当N=11时，α=0.01的临界值c_0.01为0.775，α=0.05的临界值c_0.05为0.618。当N=10时，α=0.01的临界值c_0.01为0.794，α=0.05的临界值c_0.05为0.648。根据SPSS计算结果（见表2），五河径流量和鄱阳湖入江径流量序列与时间序列的r_s分别为-0.436和-0.503，呈逐渐减少趋势，但减少趋势不显著。

3.3 水环境变化特征

随着江西省工业化与城市化水平的不断提高，污水排放量的增加，农药、化肥使用量增加，导致大量污染物进入河道，并通过河流运移进入鄱阳湖，造成流域内河流和湖泊水质恶化，水生生态系统结构遭到破坏，生态功能降低。

3.3.1 污染物排放量

近10年来，江西省污水排放量呈逐渐增加趋势（见图5），2000年为18.19亿t，2009年为31.16亿t，污水排放量平均增加量为0.96亿t/a。

自1990年以来，全省农药、化肥施用量呈增加趋势。1990年，农用化肥使用量和农药使用量分别为285.6万t和3.65万t，至2009年，增长至410.1万t和9.76万t，增加量分别为6.55万t/a和0.32万t/a。2009年全省平均单位面积施N量为476.6kg/hm²，已超过了国际上公认的施N上限225kg/hm²水平的1.12倍。化肥施用后实际利用率只有30%～40%，其余60%～70%的化肥进入环境，污染水体和土壤；农药施用后10%～20%附着在植物体上，80%～90%散落在土壤和水里。大量使用化肥和农药后，残留物经暴雨径流的冲刷，相当一部分会流入河湖水体中，造成对水体的污染，导致水质下降^［10］。

3.3.2 水质类别

随着江西省污水排放量增加，河流和鄱阳湖水质不断下降，劣于Ⅲ类水水质所占比重呈逐渐增加趋势。江西省河流和鄱阳湖水质评价类别百分比变化趋势如图7、图8所示。2000—2001年，评价河流河段劣于Ⅲ类水水质占总河段不足10%，自2002年之后，比重不断上升，其中2005年和2007年超过了15%。尽管江西省河流劣于Ⅲ类水所占比重不大，但其比重呈上升趋势（见图7）。鄱阳湖水质在2001年之前属于Ⅰ-Ⅲ类水，在2002年和2003年劣于Ⅲ类水所占比重也不足1%，但之后，劣于Ⅲ类水所占比重呈急剧上升趋势，2008年、2009年超过30%，分别为36.1%和32.2%（见图8）。

采用Spearman秩次相关系数法分别计算江西省水环境秩次相关系数r_s。并通过查临界值表查得α=0.05和α=0.01临界值c，当N=10时，α=0.01的临界值c_0.01为0.794，α=0.05的临界值c_0.05为0.648。根据SPSS计算结果（见表3），江西省河流劣于Ⅲ类百分比和鄱阳湖劣于Ⅲ类百分比序列与时间序列的Spearman系数r_s分别为0.6848和0.9818，呈逐渐增加趋势，并且分别在α=0.05和α=0.01水平上具有显著性，表明江西省河流和湖泊水质下降趋势明显。

3.3.3 富营养化指数

随着入湖污染物的增加，鄱阳湖富营养化指数呈增加趋势。据表4可知，2000年以来，鄱阳湖营养状态处于中营养水平，其富营养化指数已经接近50（富营养化水平），尤其是2005—2007年，分别为49、49、48，2008—2009年略有下降。2000年开始，蓝藻已经成为鄱阳湖的优势藻种。据2007年10月调查，在鄱阳湖湖口县至都昌县的主航道中发现了大群体蓝藻，群体直径0.2～0.5mm，已经被认为是鄱阳湖水体富营养盐显著增加的标志之一^［11］。

采用Spearman秩次相关系数法计算秩次相关系数r_s，并通过查临界值表查得α=0.05和α=0.01临界值c，当N=10时，α=0.01的临界值c_0.01为0.794，α=0.05的临界值c_0.05为0.648。根据SPSS计算结果（见表3），鄱阳湖富营养化指数序列与时间序列的Spearman系数r_s为0.7697，呈逐渐增加趋势，并且在α=0.05水平上具有显著性，表明湖泊富营养化程度增加趋势明显。

4 结语

自1999年以来，江西省水资源状况呈逐渐减少趋势，降雨量、水资源量、五河年径流量和鄱阳湖入江径流量与时间序列的Spearman秩相关系数分别为-0.5091、-0.5727、-0.436、-0.503，表明降雨量、水资源量、五河年径流量和鄱阳湖入江径流量具有减少趋势，但减少趋势并不显著。降雨量平均年减少量为34.8mm/a，水资源量平均年减少量为51.6亿m³/a，五河年径流量年平均减少量为47.9亿m³/a，鄱阳湖入江径流量年平均减少量为64.72亿m³/a。

随着流域污水排放量、农用化肥使用量和农药使用量的增加，河流和湖泊水质逐渐下降，劣于Ⅲ类水所占百分比逐渐增大，河流和湖泊水质劣于Ⅲ类百分比序列与时间序列Spearman秩相关系数分别为0.6848和0.9818，表明流域水质显著下降。湖泊富营养化指数增加，尤其是2005—2007年，接近富营养化水平；湖泊富营养化指数序列与时间序列Spearman秩相关系数为0.7697，表明鄱阳湖富营养化程度显著增加。

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本文发表于2013年。